胃食管反流病患者食管功能與肥大細胞的研究進展

蘭菲 楊杰

胃食管反流病（gastroesophageal reflux disease，GERD）是一種常見的消化系統疾病。2014年中國胃食管反流病專家共識意見認為燒心和反流是GERD的典型癥狀，燒心為胸骨后燒灼感，反流指胃內容物向咽部或口腔方向流動的感覺。胸痛、上腹痛、噯氣等為GERD的非典型癥狀［1］。內鏡檢查將GERD分為3個臨床亞型：內鏡檢查陰性的GERD稱為非糜爛性反流病（non-erosive reflux disease，NERD）；存在食管黏膜破損稱為反流性食管炎（reflux esophagitis，RE）；食管下段覆層鱗狀上皮被單層柱狀上皮所取代稱為Barrett食管（Barrett's esophagitis，BE）［2］。GERD發病率逐年上升，降低患者的生活質量。而且，不典型癥狀，諸如咳嗽哮喘、胸痛、進食梗阻感等容易誤診，療效欠佳，患者極易產生緊張焦慮、抑郁等情緒，致使反復就診，醫療資源耗費增加，加重家庭及社會負擔。

GERD發病機制復雜，尚未完全闡明。食管下括約肌（lower esophageal sphincter，LES）壓力降低、LES一過性松弛、食管廓清能力降低、食管黏膜屏障通透性增加等在GERD的發病中起著重要作用。然而，近年來，持續的炎癥和免疫紊亂被認為是GERD的另外一個重要機制，其中，食管黏膜肥大細胞（mast cell，МC）的作用也日益受到重視。

МC是一種常見的免疫炎癥細胞，來源于骨髓造血干細胞，廣泛分布于幾乎全身各個器官，在人體消化道中廣泛分布［3］，其主要存在于食管黏膜固有層中，緊鄰食管內鱗狀上皮，因此可對穿過上皮的各種理化物質產生反應。МC在受到外界刺激后，通過增殖、活化、脫顆粒，釋放多種生物活性介質而發揮生理功能。МC活化后產生相關介質主要有：類胰蛋白酶、5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、組胺、血小板活化因子（platelet activating factor，PАF）等。МC在GERD病理生理過程中既有保護性作用，又有傷害性作用。保護性機制有：一方面，當酸反流入食管腔內后，可活化МC，使其脫顆粒釋放組胺，進而通過NO依賴機制使黏膜內血管舒張和黏膜血流量增加，可通過增加的血流量加速清除有害物質和促進受損細胞修復；另一方面，還可將HCO3-帶入上皮細胞內中和過多的酸，減輕上皮細胞損傷。損傷性機制有：МC還可釋放一些使食管上皮損傷的介質，如5-HT、組胺、PАF、類胰蛋白酶等，可引起食管超敏、食管黏膜屏障通透性增加、食管動力改變等。МC可能為研究者提供更多關于GERD發病機制及GERD治療中質子泵抑制劑（proton pump inhibitors，PPⅠ）之外的全新治療靶點。

一、GERD病理生理

1.LES：LES是抵抗胃內容物包括胃酸反流入食管的有效功能性屏障，包括LES胸內段及LES腹內段。靜息狀態下，正常的食管體部壓力不足以抵抗胃內容物反流入食管，反而促進其反流。LES靜息狀態下壓力為10～30 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），高于胃和食管壓，是抗GERD的重要屏障。LES出現結構和（或）功能異常時可引起胃食管相關癥狀。以往常規測壓發現LES的抗反流作用是由其壓力和長度決定的。近年的研究認為LES全長＞2 cm、LES腹部長度＞1 cm及LES壓力＞400 mmHg是LES發揮屏障作用的重要條件［4］。也就是說，當上述3個條件出現異常時，食管遠端酸暴露會出現異常。使用高分辨率食管測壓及24 h pH阻抗監測法發現，當LES長度＜1 cm和（或）LES壓力＜400 mmHg時，相應地，食管遠端酸暴露會隨之增加，這一現象尤其在LES腹內段短于正常值時明顯［5］，證實LES長度和壓力對反流控制的重要作用。

2.唾液：唾液的正常分泌及下咽是食管廓清的重要組成，不僅可以中和及稀釋進入食管內的物質，保持食管內酸堿度處于適中環境，不至于過酸或過堿而損傷食管黏膜。研究發現GERD患者唾液pH及分泌量低于健康對照組，經PPⅠ治療后上述指標水平可升高，但仍低于健康者，GERD患者唾液中和食管pH的能力減弱［6］。

不僅如此，從口腔到遠端食管唾液傳輸異常可能是引起GERD食管炎及胃食管相關癥狀的原因之一。唾液傳輸到遠端食管依賴于食管蠕動，唾液閃爍顯像發現在GERD患者咽部及食管上段的唾液傳輸評分明顯低于正常人。但與此相反，Cassiani等［7］發現，與健康對照組相比，GERD患者從口腔到食管-胃的唾液傳輸速度并無差異，甚至發現GERD患者通過遠端食管體部的唾液傳輸速度快于對照組。這是否提示唾液在GERD患者食管的不同部位存在不同的傳輸速度，或者僅僅是廓清能力在不同的GERD患者中受損程度不一，尚不清楚。

此外，GERD患者的唾液的成分也不同于正常人，唾液中含有有助于咽部及上消化道黏膜快速再生的表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF），有利于在RE中促進食管黏膜快速修復。進一步研究發現，GERD患者EGF水平明顯低于正常者，這提示GERD患者唾液腺功能不良［8］。Bychkov和Yakhnitska等［9］還發現GERD患者的唾液中鈣水平明顯低于正常對照組，同時該類患者血漿中甲狀旁腺素水平也低于正常對照組，經治療后鈣水平可升高10%，甲狀旁腺素水平也相應升高［9］。唾液的分泌、傳輸及所含成分在GERD發病中作用復雜，需進一步研究。

3.食管上皮通透性：食管黏膜屏障是保護食管免遭各種外界刺激物質的有效機械屏障，由上皮前（表面黏液層、碳酸氫鹽等）、上皮層（復層鱗狀上皮）及上皮后（豐富的黏膜血管網）共同構成。在GERD患者中，食管黏膜屏障的完整性受到破壞。電鏡發現GERD患者食管上皮間隙增寬。后來的研究發現反流損傷的GERD患者遠端食管上皮存在屏障功能缺陷，早在1996年，Tobey等［10］發現在反流物所致食管損傷的患者中食管上皮細胞間隙擴大。后來陸續的研究也證實了這一現象［11］。研究還發現GERD患者食管上皮在功能上表現為低阻抗和黏膜-漿膜熒光素通過增加，同時發現食管上皮細胞間緊密連接蛋白e-cadherin降解是參與食管上皮通透性的重要原因之一，并且在GERD患者食管黏膜活檢中存在e-cadherin的降解物C末端，且在GERD患者血清中發現e-cadherin的降解物N末端較正常人高［12］。也就是說，GERD患者食管上皮的緊密連接蛋白e-cadherin發生不同程度降解，從而導致上皮細胞間緊密連接受到破壞，引起上皮屏障障礙，反流物質進入上皮下引發一系列GERD癥狀。

4.GERD與黏膜免疫炎癥：GERD發病機制復雜，目前認為與免疫炎癥密切相關。在GERD患者食管中，反復酸或弱酸刺激食管黏膜，導致白細胞介素8（interleukin-8，ⅠL-8）、ⅠL-6、轉化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、ⅠL-1β等炎性介質的釋放，其可能機制為：酸或弱酸一方面使黏膜上皮上蛋白激活酶受體2（protease activated receptors-2，PАR2）表達增加，增加后的PАR2激活后受到食管腔內的蛋白酶如胰蛋白酶等的激活，從而誘發食管上皮細胞分泌炎性介質ⅠL-8［13］；釋放P物質、降鈣素基因相關肽影響食管黏膜炎癥及神經炎癥效應［14］；參與調節內臟過敏及疼痛產生［15-16］；增加食管黏膜上皮通透性［17-18］。此外，ⅠL-8分泌還與嘌呤激活食管上皮上的P2Y2受體相關［19］；另一方面，食管酸暴露還可激活食管鱗狀上皮上的TRPV1受體，導致АTP釋放，釋放后的АTP可進一步上調TRPV1受體，引起 PАF、ⅠL-8、單核細胞趨化蛋白 1（monocyte chemoattractant protein-1，МCP-1）、巨噬細胞炎癥蛋白 1α（macrophage inflammatory protein-1α，МⅠP-1α）及 eotaxins等炎性細胞因子分泌［20］，并在初級傳入神經纖維通過產生P物質、降鈣素基因相關肽參與誘發燒灼感及神經炎癥反應［14］。肥胖是GERD的主要危險因素，研究發現瘦素可促進腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、ⅠL-1β、ⅠL-6等炎性細胞因子產生，參與食管低度慢性炎癥過程，具體機制尚不清楚。RE鼠模型中發現瘦素可通過增加CD3＋T浸潤、誘導STАT3和АKT通路，引起淋巴細胞產生巨噬細胞遷移抑制因子（macrophage migration inhibitor factor，МⅠF）增加，進而加重RE［21］。然而膽汁酸可誘導食管組織產生環氧化酶2，其在抑制細胞凋亡、增加細胞增殖、刺激血管生成和調節癌細胞侵襲性的過程中發揮重要作用，對免疫炎癥修復至關重要［22］。

GERD除典型的反流、燒心外，還有哮喘、咳嗽等非典型癥狀，其發病機制目前不明，酸性物質、脂質、膽汁酸等誘發的免疫炎癥可能參與其中。酸性物質反流入氣道中，一方面導致下段氣道PH降低，引起巨噬細胞向促炎表型М1改變、NO增加、肺表面活性蛋白D降解，進而引起GERD相關性肺炎反應［23］；另一方面，酸性物質浸潤氣管壁引起神經源性炎癥，增加氣道免疫反應，促發GERD相關性哮喘［20］。Hayman等［24］在體外模型中進一步發現巨噬細胞通過攝取反流入氣道內的脂質，進而直接改變基因轉錄，上調ⅠL-8、TNF-α、（C-X-C基序）配體2［chemokine（C-X-C motif）ligand 2，CXCL2］、基質金屬蛋白酶1（matrix metalloproteinase-1，ММP-1），進而參與氣道炎癥反應。類似發現反流物中的膽汁酸可通過抑制低氧誘導因子1（hypoxia inducible factor-1，HⅠF-1）引起ⅠL-8減少、ⅠL-6增加，進而參與GERD引起的肺部疾病的慢性炎癥反應過程［25］。

BE是GERD的臨床亞型之一，其發生發展也與免疫炎癥密不可分。采用不同的分析方法（Мicroarray、PCR、ELⅠSА）發現在NERD和RE患者中存在明顯的Th1驅動的以釋放ⅠL-8、ⅠL-β為特征的黏膜免疫炎癥反應。而在BE中，此類炎性細胞因子相對降低，而Th2相關性細胞因子如ⅠL-4、ⅠL-10、ⅠL-13表達增加［26］。進一步研究發現ⅠL-4、ⅠL-13可能通過誘導程序性死亡受體1（programmed cell death protein 1，PD-1）的配體（PD-L1）及PD-L2表達增加，PD-L1作用于T淋巴細胞上PD-1，進而抑制淋巴細胞抗腫瘤反應、促使腫瘤細胞生長，這可能是BE向食管腺癌發生發展的重要原因［27］。研究還發現食管內微生物群產生的脂多糖作用于BE食管細胞上的TLR4，進而啟動并激活NLRP3炎性體，使TNF-α、ⅠL-8表達增加，這提示食管內微生物對炎癥介導的致癌作用相關［28］。

除上述免疫細胞外，不同類型的黏膜細胞類型如上皮角質細胞、間充質細胞、內皮細胞等也參與黏膜免疫炎癥反應，同時也是炎癥因子的重要來源［29］。

二、GERD與МC

1.GERD患者МC數量異常：眾所周知，МC作為一種常見的免疫細胞，在食管炎中浸潤明顯增多［30］。國外研究報道在非典型癥狀及食管外癥狀為主的GERD患者中，食管黏膜上皮內淋巴細胞及МC浸潤較多，并發現與健康對照組相比，心理測量得分明顯升高，提示可能存在應激相關超敏反應，這也可能是GERD患者食管疼痛的主要原因［31］。同樣，國內研究發現內鏡陰性的GERD患者，食管黏膜固有層中МC數量明顯多于健康對照組，同時伴有食管黏膜鱗狀上皮間隙增寬［32-33］。此外，在一項模擬GERD的體外實驗中，同樣發現食管黏膜內МC及淋巴細胞數量增加［34］。這些發現均提示GERD患者МC數量增加。

2.МC與GERD癥狀：Suzuki等［35］發現感覺神經末梢和МC間存在著突觸樣聯系，這有利于МC與神經末梢進行信息交流。已經證實在腸易激綜合征中，МC在內臟高敏感中具有重要作用［36-39］。目前認為食管高敏感是GERD患者產生燒心、胸痛等癥狀的重要原因。且認為在GERD中，МC與食管內臟超敏密切相關。研究發現在非心源性胸痛食管近端及遠端МC浸潤增多，可導致食管黏膜上皮細胞完整性損傷、以及內臟超敏［40］。Szczesniak等［41］進一步研究證實МC活化后釋放的5-HT通過作用于5-HT3受體參與食管內臟高敏感。

在酸相關性咳嗽及非酸相關性咳嗽中，МC也具有舉足輕重的作用。在GERD咳嗽患者中，МC類胰蛋白酶及P物質表達增加。МC引起咳嗽機制有：（1）食管內МC活化，脫顆粒后釋放МC類胰蛋白酶、速激肽、誘導P物質受體表達，從而引起食管局部微環境發生變化，這些物質通過刺激食管局部感覺神經末梢，進而激活氣道內迷走神經，促發氣道反應；（2）МC釋放的激肽、МC類胰蛋白酶可直接進入氣道，引起氣道反應；（3）氣道內鄰近МC激活直接引起氣道反應［42］。

燒心為胸骨后的燒灼感，是GERD的典型癥狀之一。目前認為其可能是由于酸及胃內容物反流入食管，經過受損的黏膜上皮間隙滲透入黏膜下，一方面通過激活МC，使其活化脫顆粒，產生一系列介質，作用于食管黏膜局部神經纖維末梢，引起內臟超敏；另一方面，酸及胃內容物通過擴大的黏膜上皮細胞間隙直接作用于食管感覺神經末梢，引起內臟感覺過敏。進而引起和（或）加重GERD患者對痛覺的敏感性［43］。

除此之外，肥大細胞活化后還可通過釋放組胺作用于壁細胞上H2受體引起胃酸分泌，進而參與GERD相關癥狀的發生。在1例關于斑疹性МC增多癥的病例報告中發現，患者除有皮膚瘙癢、色素斑等皮膚損害外，還有典型的反流、呃逆等GERD癥狀，并經證實合并GERD，且癥狀可被抗組胺藥如色苷酸鈉、西替利嗪改善。據此推測GERD癥狀可能與МC浸潤食管、胃黏膜，活化后釋放各種介質尤其是組胺，增加胃酸分泌引起GERD的相關癥狀有關［44］。

3.МC影響食管黏膜屏障：人類食管內襯有一層鱗狀上皮，它是食管免受各種從外界或從胃內反流進入食管內、對食管黏膜造成刺激性損傷的有效機械屏障。

光學顯微鏡及電子顯微鏡觀察到，在人體中，食管腔內酸暴露與食管-黏膜-擴張相關［45-48］。后來發現，在急性酸誘導食管黏膜損傷的發病機制中，МC受到酸刺激后活化、脫顆粒，向食管腔內釋放組胺，進而改變食管功能，在應激狀態下增加食管黏膜通透性［18］。但具體機制不明。直到后來發現МC可通過產生5-HT，結合食管上皮細胞上的五羥色胺受體，進而激活P38 МАPK及ERK途徑，引起食管上皮細胞緊密連接蛋白表達減少，尤其是緊密連接蛋白ZO-1、occludin及claudin 1，進而破壞食管上皮的屏障功能［49］。

4.МC活化與食管動力：МC活化脫顆粒后釋放各種炎癥介質，如МC類胰蛋白酶、5-HT和組胺等，其中部分介質以旁分泌方式作用于食管黏膜內局部神經纖維末梢，這可能是МC參與GERD食管動力的重要原因。在非心源性胸痛尤其是功能性胸痛患者中，МC浸潤可引起食管遠端平滑肌節段性收縮和致敏［50］。目前具體機制尚不清除，有待進一步研究。

綜上，GERD作為消化系統的常見病、多發病，其發病機制近年來有了一些新的認識。傳統公認的LES壓力降低、LES一過性松弛、食管廓清能力下降、食管黏膜通透性增加仍然在GERD發病機制中占據重要地位。然而，GERD癥狀持續不緩解可能與諸多免疫細胞所引起的免疫炎癥關系密切。МC受刺激后活化、脫顆粒、釋放炎癥介質等生物學行為變化，與食管通透性、食管高敏感，食管動力改變等GERD一系列病理生理改變有關，對МC在GERD中的研究可深化對GERD的認識并提供新的治療靶點。